一种LTE通信系统中基于混合业务的分组调度方法

摘要

本发明涉及长期演进通信系统的调度功能，尤其涉及一种LTE通信系统中基于混合业务的分组调度方法。本发明是先按业务将用户划分为GBR用户和Non-GBR用户。针对GBR用户，把用户划分为过载用户和非过载用户。过载用户和非过载用户的调度方式不同。HOL分组时延越大，非过载用户的分组优先级越高，过载用户的优先级越低。针对Non-GBR用户，为了保证用户数据的完整性，将用户划分为重传用户和新传用户，且重传用户的优先级高于新传用户。二者的调度方式一致，选择经典的APF算法进行调度。本发明的方法能够满足不同实时业务对分组延迟要求的差异，自适应调整内部参数实现多种实时业务的QoS要求，在非实时业务调度时体现出对用户业务完整性的考察。

说明书

技术领域

本发明涉及长期演进(Long Term Evolution，LTE)通信系统的调度功能，尤 其涉及一种LTE通信系统中多业务的分组调度。

背景技术

LTE技术作为移动通信系统的主要演进方向，以其高速率、低时延的特点，越 来越受到世界各大运营商和设备厂商的广泛关注。分组调度技术主要任务是为无线 用户的分组业务合理分配无线资源，在保证用户公平性的前提下，可有效提高移动 信道利用率和业务的服务质量(Quality of Service，QoS)。

调度算法通常会分为针对实时业务和非实时业务两大类，分组业务的类型不同， 对调度技术的要求也有差异。实时业务，比如VoIP(Voice over IP)和会话类视频， 主要特点是对时延和抖动要求较为严格，但是允许一定的数据丢包率。而非实时业 务(Non-Guranteed Bit Rate，Non-GBR)，比如网页浏览，对分组时延没有严苛的 要求，主要约束因素是信息的完整性，即丢包率要求高，因此这类业务需要有完整 的纠错功能和重传机制，所以不需要像实时业务(Guranteed Bit Rate，GBR)一样 将分组时延作为主要约束因素。实时业务的调度方法有时延优先方法(Modified  Largest Weighted Delay First，M-LWDF)，指数比例公平方法(EXP/PF)等，非实 时业务调度方法有比例公平(Adaptive proportional fairness，APF)方法等。

不同的业务对分组时延会有着不同的要求，而经典的实时业务调度方法通常针 对某一种特定的业务作出实时调度，无法随着业务类型改变而进行调整。因此，无 法满足混合业务下的调度。而传统的非实时业务的调度方法主要都在考虑吞吐量和 公平性，无法体现丢包率对用户体验的影响。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种LTE通信系统中基于混合业务的分组 调度方法。

本发明是先按业务将用户划分为GBR用户和Non-GBR用户。不同类型的用户 采取不同的调度方案。针对GBR用户，先把用户划分为过载用户和非过载用户， 过载用户即时延无法满足QoS要求的用户，为了避免资源的浪费，其优先级低于非 过载用户。两种用户的调度方式也不同，HOL分组时延越大，非过载用户的分组优 先级越高，过载用户的优先级越低。针对Non-GBR用户，为了保证用户数据的完 整性，将用户划分为重传用户和新传用户，且重传用户的优先级高于新传用户。二 者的调度方式一致，选择经典的APF算法进行调度。

一种LTE通信系统中基于混合业务的分组调度方法，包括如下步骤：

S1、判断用户i的业务类型的服务质量类别标示(QoS Class Identifier，QCI) 值，若为GBR业务则转入S2，若为Non-GBR业务则转入S3，其中， i＝1,2,3，...，n,n为不为零的自然数；

S2、针对GBR业务的优先级进行排序，具体如下：

S21、划分用户组：当过载状态指数U_i＜0时，用户i被划分到过载状态用户组， 当U_i≥0时，用户i被划分到非过载状态用户组，其中，U_i＝D_i-W_i-G，D_i为所述 GBR业务允许的最大时延，W_i为用户i的缓存队列头数据包的等待时延，G为用户 数据队列的保护间隔，所述用户i的缓存队列头数据包的等待时延即分组时延(Head  Of Line，HOL)；

S22、对S21划分的不同用户组采用不同的方法计算用户调度优先级，具体如 下：

步骤A、对非过载状态用户组中的用户，根据公式 计算调度优先级，其中，f(W_i)为单调递增函数，r_i(t) 为用户i在第t个时间传输间隔(Time Transmission Interval，TTI)的速率，R_i(t)为 用户i一个时间窗的平均吞吐量，其中，a,b是可调整参数，a,b 的值越大，函数的递增速率越低；

步骤B、对过载用户组的用户，根据公式计算调 度优先级；

S23、根据S22所得不同用户组内用户调度优先级进行组内排序；

S24、遵循非过载状态用户的优于过载状态用户的调度原则进行组间排序；

S3、针对Non-GBR业务的优先级进行排序，具体如下：

S31、根据用户数据包是否为第一次发送，将用户分为新传用户组和重传用户 组；

S32、对S31所述重传用户组和新传用户组分别采用经典的非实时业务调度算 法计算出用户调度优先级进行组内排序；

S33、遵循重传用户优于新传用户的调度原则进行组间排序。

进一步地，S22所述计算用户调度优先级时可以根据系统负载对用户数据队列 的保护间隔进行调整。

进一步地，所述对用户数据队列的保护间隔调整具体为：系统负载高时，增大 G，系统负载低时，减小G。

本发明的有益效果是：

本发明的方法能够满足不同实时业务对分组延迟要求的差异，自适应调整内部 参数实现多种实时业务的QoS要求，在非实时业务调度时体现出对用户业务完整性 的考察。

附图说明

图1是本发明流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，详细说明本发明的技术方案。

如图1所示：

首先，利用调度器获取用户的QCI值，其中，i＝1,2,3，...,n。

根据用户i的QCI值可以得到用户i的业务的优先级λ_i，用户i的业务允许的最 大时延D_i，以及判断出用户i的业务的类型。

根据业务类型进行分组，分别进行优先级排序。

GBR业务的优先级排序：

获取表示用户i的缓存队列头数据包的W_i，根据系统的负载情况设定一个用户 数据队列的保护间隔G。

当系统负载高时，系统无法满足全部用户的QoS，可以增大保护间隔G，牺牲 部分由于信道质量差而无法满足QoS的用户，满足大部分用户的QoS。当系统负 载低时，这时可以减小保护间隔G，尽可能让全部用户满足QoS。

引入变量U_i，用来表示用户i的过载程度，U_i＝D_i-W_i-G。当U_i≥0时，用户i 处于非过载状态，当U_i<0时，用户i处于过载状态。

根据各GBR用户过载状态指数的大小，把同种业务类型的所有用户分成两个 集合：非过载状态用户和过载状态用户。两个集合中用户的优先级分别用k_overload和 k_non-overload表示。

在非过载状态用户中，HOL分组时延大的用户优先得到调度，及时为这些 用户分配资源，以满足用户的QoS要求，提高系统的吞吐量。

不同的GBR业务优先级，HOL分组时延对调度的影响不同。因此，引入单调 递增凹函数f(t)。所述函数f(t)的增长率是可以调节。当业务的优先级增大，调节 函数f(t)的增长率，使得f(t)的函数曲线更加平坦，将W_i代入函数得到f(W_i)，并将 f(W_i)作为调度优先级的一部分，以此实现HOL分组时延对调度的影响随业务优先 级变化而变化，$f\left(W_i\right)=\frac{W_i}{\ln (1+\frac{a}{W_i})+b}.$

由U_i＝D_i-W_i-G可知，U_i随W_i增大而减小，f(W_i)是W_i的单调递增函数，非过 载状态用户组中调度优先级随HOL分组时延增大而增大，所以用户i的调度优先级 与f(W_i)成正比，与U_i成反比。

k_non-overload的表达式为：$k_{\mathrm{non}-\mathrm{overload}}=\underset{i=\mathrm{1,2},...,n}{\arg \max }f\left(W_i\right)*\frac{1}{U_i}*\frac{r_i\left(t\right)}{R_i\left(t\right)},$其中，r_i(t)为用户i在 第t个时间传输间隔的速率，R_i(t)为用户i一个时间窗的平均吞吐量。

在过载状态用户组中，在传输速率相当的情况下，HOL分组时延越大的用户其 优先级越低，因为过载状态下用户的HOL分组时延已经超过了允许的最大时延， 无法满足QoS，HOL分组时延越大，超出QoS的要求就越多。

过载状态下，U_i＜0，U_i的绝对值|U_i|＝-U_i。由U_i＝D_i-W_i-G可知，HOL分组 时延W_i越大，U_i的绝对值越大，f(W_i)是W_i的单调递增函数。根据调度优先级随HOL 分组时延增大而减小，可知优先级与f(W_i)成反比，与-U_i成反比。

k_overload的表达式为：$k_{\mathrm{overload}}=\underset{i=\mathrm{1,2},...,n}{\arg \max }\frac{1}{f\left(W_i\right)}*\frac{1}{-U_i}*\frac{r_i\left(t\right)}{R_i\left(t\right)}.$

过载状态下，用户已经无法满足QoS要求，优先满足容易达到QoS要求的用 户的同时避免把资源浪费在那些已经无法满足QoS要求的用户上，所以GBR业务 的调度优先级遵循非过载状态用户组优先于过载状态用户组调度原则。

Non-GBR业务的优先级排序：

根据用户数据包是重新发送还是第一次发送，将Non-GBR业务的所有用户分 成两个集合：重传集合和新传集合。重传集合用户的优先级用k_retransmit表示，新传 集合用户的优先级用k_new-transmit表示，重传集合和新传集合的优先级判别准则相同。

为了降低整个调度算法的复杂度，这里选择经典的APF算法对用户调度。

用户的优先级定义为$k_{\mathrm{retransmit}}=k_{\mathrm{new}-\mathrm{transmit}}=\underset{i=\mathrm{1,2},...,n}{\arg \max }\frac{r_i\left(t\right)}{R_i\left(t\right)}{C}_i,$其中，r_i(t)为用户i在 第t个时间传输间隔的速率，R_i(t)为用户i一个时间窗的平均吞吐量，C_i是用户的 控制参数，是一个监控更新模块，所述监控更新模块能追踪不同用户信道的快速变 化。

Non-GBR业务对丢包率有着较高的要求，为了满足信息的完整性，重传的用 户比新传用户的优先级更高，最终Non-GBR业务的调度优先级遵循重传用户优先 于新传用户调度的原则。